基于BIM-GIS技术的场地土石方调配应用研究

李志辉

（重庆市勘测院， 重庆 401121）

0 引言

我国地形复杂且变化多样，其中以山区覆盖面积最多，超过国土总面积的一半，而其中众多的城镇都修建在这些山地和丘陵中，因此在道路修建、城镇建设中土地的开发成本较高且困难较大。改革开放以后，我国的经济得到快速的增长，人们对道路、城市建设要求越来越高，基础设施的建设也发生着翻天覆地的变化，实际道路桥梁建设、房地产开发、工业产业布局中均涉及土石方工程的建设。常见的土石方工程有：场地平整、基坑（槽）与管沟开挖、路基开挖、人防工程开挖、地坪填土，路基填筑以及基坑回填等，其中路基施工、场地整治最为典型。场地整治中场地土石方计算、合理确定施工便道、确定最优调配方案等直接影响工程项目的投资预算。因此，精确、快速、合理的土石方调配已成为土石方工程项目的热点问题[1-3]。

1 土石方调配的应用现状

土石方调配存在于场平、道路、房建基础等工程领域，特别是大型平场中，土石方调配对施工进度、建设成本、环境保护都起着重要的作用。土石方调配问题已得到行业的重视，调配方案的研究在不断深入，并逐步应用于工程实践。土石方调配研究理论有线性规划理论、 动态规划理论、多目标优化理论、大系统分解协调理论等，随着人工智能的发展，也有研究者结合软件开发研究该领域的方法与技术。

目前，土石方调配主要集中于二维调配模拟，精细化、可视化、真实性程度较低，现阶段GIS技术和BIM技术在国内工程领域中已得到逐步发展，这两项技术的结合可实现土石方调配的三维模拟，做到调配精确、动态调整可视化。而BIM技术与GIS相结合在土石方调配的应用相对较少，本文主要介绍BIM-GIS技术在场地土石方调配中的实际应用[4-5]。

2 BIM-GIS技术在土石方调配中的应用思路

GIS（Geographic Information System，地理信息系统）在近几年得到迅速发展，是一种结合了多种学科的空间信息分析技术，将GIS技术和其他辅助手段相结合，可以准确的计算出场地整治的挖填方量。在国内，GIS技术已广泛应用于土地整治、城镇规划等领域，有研究者利用GIS技术与excel结合研究土石方计算及调配，并取得了相应的成果[6]。

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型系统）技术主要应用在工程建设中设计工具和管理平台两方面，近几年也在国内工程建设领域掀起变革潮流。BIM技术通过建立参数模型分析具体工程项目的相关信息，能够很好的共享和传递从项目策划、运行到最后维护的整个周期过程，使得工程技术人员对各种项目都能做出准确的理解和高效的应对，为设计团队以及包括运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用[7]。

下面简单介绍两种技术的应用：

GIS基础应用：（1）测量项目区域地形数据；（2）地形数据处理（矢量化），建立规则的数据结构模型DEM（Digital Elevation Model，即数值高程模型）；（3）运用GIS技术取得场地地面数据信息。

BIM技术应用：（1）结合GIS地形数据资料，计算场地的填挖方量及边坡信息；（2）利用BIM三维模型确定场地土方转运施工便道；（3）利用BIM模型提供的挖填信息细化场地土石方，结合单位运距确定调运成本最经济、施工最合理的调配方案。

3 BIM-GIS技术在土石方调配中的应用实例

本次应用项目为鱼复汽车城地块平场工程，其平场地块总面积约3222亩，地块总挖方量约2232万方，填方量约1433万方，挖余798万方。结合工程实例，BIM-GIS技术应用流程。

结合 GIS数据和最新无人机航摄影像资料，建设划定范围及周边区域高精度三维地形模型，根据设计资料，提取各类要素（地块范围线、挖填分界线、高压走廊等），整合到三维地理环境中，以此作为土方调配依据。通过三维地形模型分析、实时评估和动态优化技术，结合土方转运便道，按照建设施工成本最优化原则，提供最经济、科学、直观的土石方调配方案。

结合地块平场设计资料和三维数字地形数据，将各场平地块分别划分成若干小地块，并利用BIM平台的土石方计算功能，快速计算出各新地块的土石方量。

利用BIM三维模型组织土方转运施工便道，结合上述工作成果，完成对土石方调运最优方案的设计，实现精准调配节约投资，合理的路径规划利于文明施工、生态环保，动态调整可视化便于指导工程建设。

4 结语

土石方调配是工程施工前重要的前期准备工作，对整个工程的建设、环境的影响都有重要的作用。本文以鱼复汽车城平场工程为实例，应用BIM-GIS技术实现了三维地形模型分析、实时规划、动态调整，特别是地形复杂地区的土石方工程，可以提供最经济、科学、合理、直观的土石方调配方案，节约工程投资，减少对项目周边环境的影响。

[1] 曲世洁.GIS结合Excel在土方计算及调配中的应用研究[D].大连：大连理工大学.2011

[2] 孙兴.基于GIS的公路土石方调配研究与实现 [D].长沙：中南大学.2012

[3] 陈青，袁登琼，何晓琴.土石方调配中经济运距的确定[J].公路交通技术：2003(4)

[4] 吕全军.路基土石方经济运距新算方法及应用[J].重庆交通学院学报:2005(5)

[5] 吴杨,刘卫国,胡圣军.基于GIS的土方工程量自动计算及调配软件研究[J].湖南文理学院学报:2004,16(4)

[6] 李德超，张瑞芝.BIM 技术在数字城市三维建模中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2012,18（1）

[7] 印明.市政工程设计中BIM技术的发展前景[J].城市道桥与防洪，2012,1（7）